电磁超介质特性与其在pifa天线中的应用

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1、江苏大学硕士学位论文摘要电磁超介质是指某种与自然介质物理特性迥然不同的人工复合材料。近几年，随着技术的进步，电磁超介质在国内外迅速成为物理学和电磁学的研究热点。电磁超介质的研究成为电磁学理论史上的重要事件，为经典电磁理论开辟了新空间，其独特的性质也促进了新的应用和发展。而PIFA天线作为一种广泛应用于移动终端的天线，在无线通信中的扮演着重要的角色。本文将电磁场超介质的独特性质应用于PIFA天线中，提高天线的性能以满足无线通信要求。本文主要研究了电磁超介质中的两种类型：微波光子晶体和左手材料。首先简单介绍了光子晶体、左手材料和PIFA天线的相关理论和基本特性。然后设计和研究了单平面紧凑型微波光

2、子晶体ⅣC．EBG)和开口谐振环(SRR)型左手材料这两种基本结构的电磁特性。最后将电磁超介质结构应用于三种不同类型的PIFA天线中，结果表明，文中所设计的微波光子晶体和左手材料，可以增大天线的带宽、改善天线的阻抗匹配、提高天线的方向性和辐射增益。论文主要的工作及创新点包括以下几个方面：(1)设计了一款新颖的UC．EBG结构。应用微带悬置线法构建仿真模型，通过仿真结果来分析其电磁特性。UC．EBG结构作为一种新的谐振型微波光子晶体，在一定频段表现为具有同相发射特性，而这种特性用于天线中就可以降低天线的高度，制作低剖面天线。(2)设计了一种单平面紧凑型微波光子晶体PIFA天线。将已经设计的UC

3、．EBG结构加载到双频U型缝隙PIFA天线中，利用UC．EBG结构在频段内呈现出的理想磁导体的同相反射特性，实现了低剖面天线的低回波损耗、宽带特性。(3)设计了一种接地板缺陷型微波光子晶体(DGS．EBG)PIFA天线。对加入DGS．EBG结构前后的PIFA天线的性能做了比较，并分析改变DGS．EBG结构周期尺寸和天线高度对天线性能的影响。利用光子晶体的禁带，将DGS．EBG结构加入PIFA天线中，抑制了由于贴片辐射而在基底中激励的表面波，从而改善天线的性能。(4)分析了SRR型左手材料的电磁特性。应用表面波透射法构建仿真模型，通过NRW方法提取SRR型左手材料结构的等效介电常数和磁导率，分

4、析其呈电磁超介质特性及其在PIFA天线中的应用现双负特性的频带。通过改变SRR型左手材料的几何结构参数，研究其对电磁影响的规律。(5)设计了一种SRR型左手材料PIFA天线。将交叉结构的SRR型左手材料加载到三频PIFA天线中，实现了天线的小型化、高指向性、多频段。通过仿真分析，天线的尺寸有一定的减少，带宽明显增加，回波损耗明显降低，在某些频段内呈现后向辐射的特性，在另一些频段中的波瓣宽度变窄，方向性提高。关键字：电磁超介质，PIFA天线，微波光子晶体，左手材料，低剖面江苏大学硕士学位论文AbstractElectromagneticmetamaterialsarecompositesors

5、tructuredmaterialsthatexhibitphysicalpropertiescallnotbefoundinnaturalmedium．Inrecentyears，withthedevelopmentofmanufacturingtechnology,electromagneticmetamaterialsarerapidlybecomingahotresearchtopicofphysicsandelectromagnetismathomeandabroad．Electromagneticmetamaterialsisanimportanteventinthehistor

6、yofthedevelopmentofelectromagnetictheory,openingupanewresearchfieldfortheclassicalelectromagnetictheoryandtheuniquenatureofmetamaterialspromotesthenewapplicationsanddevelopment．However,PIFAiswidelyusedinmobileterminalsandplaysanimportantroleinwirelesscommunication．Theuniquenatureofmetamaterialswill

7、beappliedinPIFA,inordertoimprovetheperformanceoftheantennatomeettherequirementsofwirelesscommunication．Inthispaperwemainlystudytwotypesofthemetamaterials：electromagneticbandgap(EBG)andleft—handedmaterial(LH